衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展研究及建議

劉暾

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述

作為信息通信產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展最早可以追溯到20世紀(jì)80年代。

在早期發(fā)展階段，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)主要以提供語(yǔ)音、低速數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等服務(wù)為主，扮演對(duì)地面通信網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充和延伸的角色。此后，受應(yīng)用拓寬、技術(shù)進(jìn)步、成本降低等因素的驅(qū)動(dòng)，加之商業(yè)衛(wèi)星企業(yè)和火箭發(fā)射企業(yè)不斷涌入，目前，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了與地面通信系統(tǒng)互補(bǔ)合作、融合發(fā)展的寬帶互聯(lián)網(wǎng)時(shí)期。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)正在朝著低軌化、小體量化的方向發(fā)展。低軌衛(wèi)星具有傳輸時(shí)延小、鏈路損耗低、發(fā)射靈活、應(yīng)用場(chǎng)景豐富等特點(diǎn)，而且可以通過(guò)增加衛(wèi)星數(shù)量大幅提升系統(tǒng)容量，更為適合衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，而采用小型化、輕量化的衛(wèi)星則可以進(jìn)一步降低制造和發(fā)射成本。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.各國(guó)加快部署低軌星座計(jì)劃

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)低軌化發(fā)展趨勢(shì)明朗，但在星座組網(wǎng)數(shù)量方面，高軌衛(wèi)星單星覆蓋率大，最大可覆蓋42%的地球面積。通常來(lái)說(shuō)，3～4顆即可完成除極地地區(qū)之外的全球覆蓋。而低軌衛(wèi)星單星覆蓋范圍小，加之為了達(dá)到更高的系統(tǒng)吞吐量，因此需要更多的衛(wèi)星密集組網(wǎng)，以完成全球覆蓋和提升系統(tǒng)容量，這對(duì)衛(wèi)星軌道和頻譜資源提出了新的要求。

衛(wèi)星軌道和頻譜資源是一種有限的使用資源。目前，國(guó)際規(guī)則中的軌道資源主要以“先占先得”的方式進(jìn)行分配，后申報(bào)方不能對(duì)先申報(bào)國(guó)家的衛(wèi)星產(chǎn)生不利干擾，申報(bào)者還必須在登記之后的七年內(nèi)發(fā)射衛(wèi)星，啟用所申報(bào)的資源，否則預(yù)定的資源會(huì)失效。所以在低軌星座領(lǐng)域，軌道資源的競(jìng)爭(zhēng)較為激烈。

頻譜資源方面，較寬的信道頻率帶寬有助于提升通信容量。當(dāng)前，低軌衛(wèi)星主要采用的Ku及Ka通信頻段資源逐漸趨于飽和狀態(tài)，全球正在積極開(kāi)拓Q、V頻段，而頻段更高的太赫茲頻段也正處于規(guī)劃階段。

目前，全球已有多個(gè)國(guó)家和地區(qū)制定產(chǎn)業(yè)政策以扶持先進(jìn)衛(wèi)星通信建設(shè)，爭(zhēng)取先發(fā)優(yōu)勢(shì)，搶占資源高地。截至2020年第一季度，全球低軌通信衛(wèi)星在軌數(shù)量為710顆。以SpaceX、亞馬遜為代表的通信衛(wèi)星企業(yè)制定了以發(fā)展高通量低軌衛(wèi)星通信作為商業(yè)化核心方向的戰(zhàn)略布局，紛紛提出低軌衛(wèi)星“星座計(jì)劃”，其中，SpaceX公司是全球迄今為止擁有衛(wèi)星數(shù)量最多的商業(yè)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商，星鏈第九批58顆衛(wèi)星已于2020年6月13日成功入軌，目前在軌衛(wèi)星數(shù)目為540顆。

自2017年以來(lái)，我國(guó)也相繼啟動(dòng)多個(gè)衛(wèi)星星座計(jì)劃，在寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、窄帶衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域開(kāi)始積極布局，預(yù)計(jì)到2029年，我國(guó)低軌衛(wèi)星入軌數(shù)量可達(dá)到1900顆，低軌衛(wèi)星數(shù)目將位列全球第二。

2.構(gòu)建我國(guó)空間基礎(chǔ)設(shè)施體系

我國(guó)空間基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展已基本建成完整配套的航天工業(yè)體系，初步建成了以衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星通信廣播、衛(wèi)星導(dǎo)航定位為代表的空間基礎(chǔ)設(shè)施體系系統(tǒng)工程。

衛(wèi)星遙感領(lǐng)域，1975年，我國(guó)首次發(fā)射可返回式遙感衛(wèi)星，開(kāi)啟遙感衛(wèi)星紀(jì)元。目前，我國(guó)陸地觀測(cè)、海洋觀測(cè)、大氣觀測(cè)三個(gè)系列的衛(wèi)星遙感空間系統(tǒng)正在加快建設(shè)。持續(xù)推進(jìn)建設(shè)的遙感衛(wèi)星星座工程將增強(qiáng)我國(guó)在資源、海洋、氣象、環(huán)境減災(zāi)等遙感領(lǐng)域的業(yè)務(wù)化服務(wù)能力。

衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域，北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星已經(jīng)成功發(fā)射，至此，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成。我國(guó)北斗系統(tǒng)采用三種軌道衛(wèi)星組成混合導(dǎo)航星座，能夠?yàn)槿蛴脩?hù)提供全天候、全天時(shí)高精度的定位、導(dǎo)航，精確授時(shí)，輔助安全駕駛，災(zāi)難搜救以及短報(bào)文通信等服務(wù)。隨著組網(wǎng)完成，北斗產(chǎn)業(yè)將進(jìn)一步加速發(fā)展。

衛(wèi)星通信廣播領(lǐng)域，我國(guó)已經(jīng)基本形成完整的通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈，固定通信廣播等衛(wèi)星通信基本保障體系初步形成。隨著中星十六號(hào)高通量衛(wèi)星投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)入寬帶衛(wèi)星通信時(shí)代。但是，在通信衛(wèi)星總體數(shù)量尤其是在低軌衛(wèi)星數(shù)量方面，我國(guó)依然存在較大增長(zhǎng)空間。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)應(yīng)用前景

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)不會(huì)與5G等地面網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

在時(shí)延方面，目前的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能達(dá)到幾十毫秒級(jí)別的延時(shí)，可以與4G網(wǎng)絡(luò)媲美，但是與5G網(wǎng)絡(luò)10毫秒以?xún)?nèi)的延時(shí)相比，差距仍然巨大，無(wú)法滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等低延時(shí)場(chǎng)景應(yīng)用。

在帶寬方面，雖然目前單顆衛(wèi)星帶寬已能達(dá)到20Gbps，但與組網(wǎng)衛(wèi)星數(shù)目相比，地面基站數(shù)量更加龐大，系統(tǒng)容量也更大，可滿(mǎn)足大規(guī)模終端產(chǎn)品的高速網(wǎng)絡(luò)連接，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在海量終端接入方面受到限制。地面網(wǎng)絡(luò)高速率、低延時(shí)、海量連接等特性使得其適合在人口密集的城鎮(zhèn)鋪設(shè)，但是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)地面網(wǎng)絡(luò)的容量成本和覆蓋成本卻顯著提高，且易受到自然地形與氣候條件的影響，而衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可以突破地表?xiàng)l件限制，在更大時(shí)空尺度范圍高速連接。

因此，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的典型商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景主要包括偏遠(yuǎn)地區(qū)通信、海洋及科考作業(yè)、空域?qū)拵ㄐ拧?zāi)備應(yīng)急通信等。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

1.加快天地網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展。加強(qiáng)天基系統(tǒng)與地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間有效傳輸鏈路的建設(shè)，形成不同軌道和同型軌道衛(wèi)星之間的星間鏈路;加快星地融合的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)立，設(shè)計(jì)兼容的星地通信協(xié)議，統(tǒng)一空口技術(shù)體制，實(shí)現(xiàn)星地網(wǎng)絡(luò)之間的安全傳輸;推進(jìn)動(dòng)態(tài)頻譜共享機(jī)制，解決頻率干擾問(wèn)題，提升頻譜利用效率;加快衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)便捷切換“天地”網(wǎng)絡(luò);引入MEC技術(shù)，避免星地節(jié)點(diǎn)間不必要的通信交互，降低業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延，節(jié)省帶寬資源;成立專(zhuān)門(mén)的天地網(wǎng)絡(luò)融合服務(wù)運(yùn)營(yíng)商，不斷探索天地網(wǎng)絡(luò)一體化管理與運(yùn)營(yíng)方面的新模式、新方法。

2.推進(jìn)示范應(yīng)用基地建設(shè)。產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好，政策優(yōu)勢(shì)顯著的地區(qū)借助已經(jīng)發(fā)布的低軌衛(wèi)星星座計(jì)劃，開(kāi)展綜合應(yīng)用示范工程，吸引上下游企業(yè)集聚，并不斷完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè);加強(qiáng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等信息技術(shù)的貫通融合，不斷催生新業(yè)態(tài)，提升衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平。

3.積極尋求產(chǎn)業(yè)模式創(chuàng)新。積極吸納民間資本不斷完善全產(chǎn)業(yè)鏈，設(shè)立相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金，做好資金保障，推進(jìn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程;產(chǎn)業(yè)運(yùn)作模式方面，產(chǎn)業(yè)鏈上下游環(huán)節(jié)企業(yè)明確分工，做好各環(huán)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量把控和成本控制，聯(lián)合開(kāi)展關(guān)鍵領(lǐng)域科技攻關(guān)，真正做到互利共贏，共同分享衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)紅利。

4.服務(wù)“一帶一路”倡議。構(gòu)建集衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星通信廣播、衛(wèi)星導(dǎo)航與地理信息技術(shù)于一體的全球綜合信息服務(wù)平臺(tái)，提高與“一帶一路”沿線(xiàn)國(guó)家在產(chǎn)業(yè)合作領(lǐng)域的層次和水平，帶動(dòng)提升我國(guó)空間信息產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化、國(guó)際化水平;增強(qiáng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在“一帶一路”航運(yùn)、工程建設(shè)、物流管理、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全與應(yīng)急管理等領(lǐng)域的應(yīng)用滲透，為“一帶一路”沿線(xiàn)國(guó)家及區(qū)域提供空間信息服務(wù)能力，助力實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通。